Manažment zrážkovej vody na urbanizovanom území. Management of Rainfall Water in Urbanized Areas

Transcription

1 Manažment zrážkovej vody na urbanizovanom území Management of Rainfall Water in Urbanized Areas Ing.Viliam Bárek, CSc., Ing. Peter Halaj, CSc. Abstract Rainfall water represents no neglected part of wastewater outflow in sewerage systems at present time. Its outflow and cleaning is connected to high investment costs of sewerage system and wastewater treatment plant building and consequently during high precipitation often polluted outflow into receiving waters. Although the legislation in Slovakia directly undefined the building of unattached split sewerage system, disposal and liquidation of rainfall water in place of its origin would save money, increases effectiveness of wastewater treatment and decrease direct surface runoff. Key words: precipitation water, storage, infiltration, imbibitional systems 1. Úvod Príprava pitnej vody z vody podzemnej, alebo povrchovej je stále komplikovanejšia a drahšia. Hlavne v intenzívne poľnohospodársky využívaných oblastiach nadobúda zaťaženie dusičnanmi a pesticídmi hrozivých rozmerov. V priemyselných oblastiach sú to chlórované uhľovodíky a ťažké kovy, ktoré spôsobujú problémy. Kvalitná pitná voda je stále vzácnejšia, často privádzaná na veľké vzdialenosti z dosiaľ nezaťažených oblastí. Dôsledkom sú vysoké ceny a pokles hladiny podzemnej vody v oblastiach odberov. Zrážková voda sa dnes z väčšiny zastavaných alebo inak povrchovo uzatvorených oblastí nedostane prirodzenou cestou späť do prírodného kolobehu vody. To môže zapríčiniť pozvoľné, dlhodobé zmeny pôdnej štruktúry a vodných režimov, ktoré vedú k zmenšeniu prirodzenej miestnej obnovy spodných vôd a majú dopad na chemické a biologické pomery nad terénom i pod ním. 2. Materiál a metódy Systém nakladania so zrážkovými odpadovými vodami na Slovensku vychádza z histórie budovania stokových sietí, keď prvoradou úlohou bolo odviesť zrážkové vody z ulíc miest do recipientu. To sa často dialo pred odvedením splaškových vôd. 11

2 Z hľadiska technicko právnych noriem platných na Slovensku nie je o nakladaní s dažďovými vodami takmer žiadna konkrétna zmienka. Zákon o vodách 184/2002 Z. z., podobne ako aj nový zákon o verejných vodovodoch a verejných kanalizáciách č. 442/2002 Z. z. nazývajú zrážkovú vodu ako voda z povrchového odtoku. V zákone o vodách sa o tomto probléme v paragrafe 32 dozvieme vlastne málo, že vody z povrchového odtoku v prípade ich odvádzania je potrebné zbaviť ich mechanických alebo plávajúcich súčastí. Technicko právne normy platné v štátoch EÚ majú na problematiku zrážkových vôd odlišný pohľad. Rámcová smernica o vodách 2000/60/ES pre odvádzanie zrážkových vôd určuje len podmienku neohrozenia povrchových či podzemných vôd. V úvodnom článku 41 však pojednáva o prístupe k regulácii a zadržiavaniu vôd v zmysle zásad trvalej udržateľnosti. Najprecíznejšie má túto problematiku zvládnuté Bavorsko (SRN) aj so zapracovaním rámcovej smernice EÚ. Hovorí sa tu o zasakovaní zrážkových vôd na mieste vo všetkých obciach, mimo chránených vodohospodárskych oblastí a oblastí liečivých prameňov. Neškodné odvedenie povrchových odtokov, predovšetkým tých extrémnych pri silných zrážkových udalostiach, si vyžaduje značné technické a finančné výdaje pri projektovaní, výstavbe a prevádzke stokových sietí a čistiarní. Napriek všetkým technickým opatreniam sa však niektoré extrémne odtoky dostávajú do povrchových vôd. To môže viesť k povodňovým stavom, či nárastu znečistenia v malých tokoch na povodiach s výrazným podielom plôch sídiel. Ak prihliadneme k možnému znečisteniu, ktoré odvodňované plochy môžu uvoľniť, je potom včlenenie zrážkových vôd späť do prirodzeného kolobehu vody čo najbližšie k miestu ich dopadu s cieľom ekologicky, vodohospodársky a technicky zmysluplným, a môže byť výhodné i z hľadiska národohospodárskeho. Preto je treba, pri zohľadnení miestnych podmienok, sledovať v prvom rade redukciu povrchového odtoku a jeho lokálne zasakovanie, akumuláciu a následné využívanie zrážkovej vody a v krajnom prípade pristúpiť k zvedeniu vôd do stokovej siete, poľa možnosti delenej. 3. Výsledky a diskusia Zrážková voda zo spevnených plôch je na Slovensku spravidla odvádzaná priamo dažďovou kanalizáciou, alebo nepriamo jednotnou kanalizáciou cez ČOV do recipientu. Aké sú možnosti riešenia tohto stavu: - využívanie zrážkovej vody pre konkrétne účely, - zasakovanie na mieste, - priamy odvod zrážkovej vody do recipientu. 12

3 Využívanie zrážkovej vody pre konkrétne účely Ideálnym riešením je zužitkovanie zrážkovej vody v domácnostiach. Okolo 50 % obyvateľov Slovenska žije v rodinných domoch, kde sú na to ideálne podmienky. V Grafe 1 je rozloženie dennej spotreby vody pre EO z európskych priemerov. Na Slovensku je podiel využiteľnej zrážkovej vody značne vyšší z dôvodu závlah trávnikov a záhrad. Rozložená denná spotreba vody v domácnosti na jedného EO Graf 1 Splachovanie toalety 42 l = 30% Záhrada 7 l = 5% Práčka 18 l = 13% Pitná voda ktorú nie je možné nahradiť vodou dažďovou 73 l = 52% Pre zisk zrážkovej vody zo striech rodinných domov odporúčame vzťah : ZV =,9.( S. α. Z ) [ l ] ( 1 ) 0 v ZV zisk zrážkovej vody ( l ) S pôdorysná odberná plocha ( m 2 ) α odtokový koeficient tab.č.1 Z v ročný zrážkový úhrn ( mm ) 0,9 koeficient strát pri filtrácii ( - ) Návrh veľkosti zásobníka na dažďovú vodu Základná filozofia návrhu objemu zásobnej nádrže vychádza z predpokladu, že bezzrážková perióda nepresahuje v našich zemepisných šírkach 3 týždne. Potom použijeme vzťah : Qr.N QN = [ l ] ( 2 ) 365 QN veľkosť zásobníka ( l ) Q r ročná spotreba vody v domácnosti ( l ) N doba zásobenia ( dni ) 13

4 Koeficienty odtoku rôznych strešných konštrukcií Tabuľka 1 Druh strechy Plochá strecha - s pieskovým násypom - s ozelenením - s bitúmenovými strešnými pásmi - s kovovými pásmi Šikmá strecha - so strešnými pásmi - s bridlicou - s pálenými alebo betónovými škridľami - s ozelenením - s bitúmenovými strešnými pásmi - s kovovými pásmi Koeficient odtoku 0,60 0,20 0,70 0,70 0,80 0,75 0,75 0,25 0,80 0,80 Vhodnosť na zber dažďovej vody Veľmi vhodná Menej vhodná Menej vhodná vhodná Veľmi vhodná Veľmi vhodná Veľmi vhodná Menej vhodná Menej vhodná Vhodná Ďalšou možnosťou dimenzovania veľkosti zásobníka na dažďovú vodu je použitie nomogramu s ktorým veľmi rýchlo dostaneme uspokojivé výsledky. Je znázornený na Obrázku 1. Obrázok 1 Nomogram pre stanovenie veľkosti zásobníka zrážkovej vody na základe plochy strechy 14

5 Zasakovanie zrážkovej vody Je dobrá alternatíva likvidácie zrážkovej vody. Je k tomu ale potrebná dostatočná zasakovacia plocha a zloženie pôdy jej infiltračná schopnosť. Je to technická možnosť likvidácie prebytku zrážkovej vody zachytávanej v domovom zásobníku. K tejto alternatíve nás vedie aj cenové zrovnanie pri budovaní zrážkovej kanalizácie a zasakovania, pri ktorom sú náklady zhruba polovičné. Pre zasakovanie existuje viac technických možností (Tabuľka 2). Porovnanie vlastností rôznych spôsobov zasakovania Tabuľka 2 Parametre Plošné Zasakovanie Zasakovanie Zasakovanie zasakovanie korytom drenážou studne Potreba plochy veľká stredná malá malá Nároky na zariadenie nízke nízke vysoké vysoké Požadovaná priepustnosť pre vodu veľká stredná stredná stredná Nároky na starostlivosť malé malé malé stredné Ceny nízke nízke vysoké vysoké Vzrastajúca urbanizácia a tým i spevnenie pôvodne nezastavených plôch vedú k zvyšovaniu objemu a prietokov v kanalizácii a v recipientoch a ku zvyšovaniu znečisťovania prepadov znečistenej vody z jednotnej kanalizácie počas dažďa. Naviac dochádza v urbanizovaných územiach i k obmedzovaniu obnovy podzemnej vody. Zasakovanie dažďového odtoku vedie k spomaleniu zrážkovo odtokových procesov v povodí, prispieva k zníženiu odtokového objemu a prietokových špičiek v kanalizácii a v mestských recipientoch a prispieva k obnove podzemnej vody. V celom rade európskych štátov je zasakovanie neznečisteného alebo málo znečisteného dažďového odtoku podporované i administratívnymi a legislatívnymi nástrojmi. Prehľad výhod a nevýhod zasakovacích metód Typ zasakovania prednosti nedostatky Tabuľka 3 Plošné. veľmi dobré čistiace schopnosti pri. malá retenčná schopnosť prerastenej ploche, malé kvalitatívne. vysoké nároky na plochu nároky na zasakovanú vodu. dobré možnosti údržby jednoduchá kontrola. nízke technické nároky, nízke náklady Náhradné polia. dobré retenčné schopnosti. možnosť zneužitia, napr. pri zaplnení 15

6 ( prielohy ). dobré podmienky na údržbu odpadkami alebo záhradným odpadom. nízke technické nároky v obytných oblastiach s malou plochou. dobrá integrácia do zelených plôch. nárok na plochu 10 % až 20 %. možnosť rozmanitého vysadenia požadovanej plochy Kombinácia ryha. relatívne malé nároky žiadne možnosti údržby rýh a náhradné polia na plochu. dobré retenčné a. transportné schopnosti Ryhové a rúrové. nízke nároky na plochu. žiadne možnosti údržby. dobré retenčné schopnosti. veľmi malá alebo žiadna čistiaca. málo obmedzená možnosť využitia schopnosť povrchu (zastavania ľahkými. voda nesmie obsahovať žiadne stavbami, garáže,...) plávajúce substancie. rýchle rozdelenie bodových vtokov (rúrové) Šachtové. malé nároky na plochu. žiadne čistiace schopnosti. žiadne, popr. veľmi nízke obmedzenie. obmedzené možnosti údržby využívania pozemku. zasakovaná voda nesmie obsahovať. použitie tiež u nepriepustných vrstiev žiadne plávajúce substancie blízkych terénu. pri upchaní je sanácia veľmi nákladná. dobré možnosti kontroly Zasakovacie nádrže. relatívne malý nárok na plochu. vyžaduje sa pravidelná údržba. dobré retenčné schopnosti. riziko zarastania a zanášania. možnosť zaradenia ako biotopu. dobré možnosti údržby. Hlavnými okrajovými podmienkami zasakovania sú : - znečistenie dažďového odtoku, - požiadavky na ochranu podzemnej vody, - požiadavky na ochranu pôdy, - spôsob zasakovania Presadiť zasakovanie dažďovej vody v praxi predpokladá v prvom rade, že na zasakovanie bude v princípe nahliadané ako na postup rovnocenný jednotne či oddelenej stokovej sústave. Pri projektovaní odvádzania vôd zostávajú možnosti zasakovania ešte v mnohých prípadoch nevyužité. To sa stáva predovšetkým v prípade sanácie zostávajúcich stokových sietí. V takých prípadoch je možno takto redukovať hydraulické preťaženie úsekov siete, a plniť požiadavky vodoprávneho charakteru, ako napr. nakladanie s dažďovými vodami, retardáciu dažďov, nadlepšenie minimálnych prietokov, plniť čiastkové či plno tým, že od stávajúcej stokovej sústavy odpojíme plochy vytvárajúce odtok, a do účinnosti vstúpia 16

7 zasakovacie opatrenia. Pri novej výstavbe je výhodné zapojiť zasakovanie včas do procesu projektovania. Zasakovanie nie je protikladom využívania dažďovej vody a ani mu neprekáža. Dokonca môže využívanie dopĺňať tým, že sa prebytočná voda zo zariadenia na dažďovú vodu do priesaku odvádza. Ohľaduplné zaobchádzanie s dažďovou vodou sa vyznačuje práve súhrou jej využívania a zasakovaním, čo ponúka i cenové výhody oproti doteraz zvyčajnému odvádzaniu dažďovej vody. Cenová porovnania v novo zastavovaných lokalitách ukazujú, že stavebné náklady sú oproti dažďovej kanalizácii asi polovičné. V rozpočtových nákladoch je pritom započítané i zriadenie a údržba zelene na zasakovacích plochách. Pri individuálnom riešení môžu tieto práce na vlastných pozemkoch prevádzať ich majitelia. Ak má byť prebytočná dažďová voda odvádzaná do kanalizácie, musí byť na pozemku založená úmerne dimenzovaná zasakovacia plocha. Možné sú rôzne postupy, pričom je nutné v jednotlivých prípadoch skúmať, ktoré sú v miestnych individuálnych podmienkach rozumné a realizovateľné : plošné zasakovanie, zasakovanie korytami a rigolmi, zasakovanie drenážnymi rúrami, zasakovanie zasakovacou šachtou. Plošné zasakovanie Pri tomto spôsobe má byť zrážková voda rozdelená, ak je to možné, rovnomerne na zasakovaciu plochu (Obrázok 2), môže byť ťažko použiteľná pre iné účely. Potreba plochy pre zasakovanie je veľká a predstavuje najmenej 30 % plochy, na ktorú zrážky padajú. Pôda má byť piesčitá alebo štrkovitá, aby bola pre vodu ľahko priepustná. Dažďová voda môže byť z dažďového zvodu alebo prepadu zo zásobníka vedená na zasakovaciu plochu rúrkou alebo vydláždeným žľabom. V bezprostrednej blízkosti domu nemá zasakovať žiadna voda, pretože tu môže podľa okolností zvýšená vlhkosť pôdy a vyššia úroveň spodnej vody spôsobiť problémy. 17

8 Obrázok 2 Plošné zasakovanie Zasakovanie korytami a rigolmi Pri zaobchádzaní s dažďovou vodou je často používané zasakovanie korytom obr.č.4. Veľkosť zasakovacej plochy musí odpovedať asi 10 % zrážkovej plochy. Tak ako pri plošnom zasakovaní je voda čistená v živej zóne pôdy prirodzenou cestou a preniká v dobrej kvalite do pôdneho podložia. Koryto má byť vedené rovno a ak je to možné bez spádu, aby bola privádzaná voda rovnomerne rozdelená. Zemina musí byť dobre priepustná, aby sa zamedzilo jej rozbahneniu a upchaniu. Koryto má byť hlboké medzi 10 až 30 cm. Jeho objem je nutné voliť v závislosti na ploche strechy a priepustnosti zeminy ak je to možné v takej veľkosti, aby jej voda nepretekala ani pri veľkých zrážkach. Kde nestačí miesto pre dostatočne veľké koryto, môže byť pritekajúca voda zo zasakovacieho koryta vedená ďalej do rybníka alebo potoka. Kde nemá zemina dostatočnú infiltračnú schopnosť (zemina s piesočnatohlinitým slieňom), môže voda zasakovať do umelo položeného štrku alebo drveného kameňa s väčšou drenážnou účinnosťou. Takéto usporiadanie sa nazýva rigoly. Aby sa oddelili jemné podiely okolitej pôdy zo štrkového telesa, vystelie sa rigol rúnom, odolným voči rozpadu (tzv. geomembrány). Drenážne rúrky rozdeľujú vodu v rigole alebo ju odvádzajú ďalej, ak už nestačí byť zberaná. Prebytočná voda vsiakne do plochého, trávou zarasteného plytkého koryta. Systém koryta s rigolom sa tak stáva kombináciou zasakovania, zadržovania a odvádzania vody. 18

9 Obrázok 3 Zasakovanie rigolom Systém koryta s rigolom je schopný zachytiť a nechať vsiaknuť veľké množstvo vody i na menej priepustnej pôde. Priepustnosť pôdy je pre dimenzovanie a usporiadanie koryta a rigolov rozhodujúca. V tab. sú ako druhy zemín uvedené piesok, piesčito-hlinitý íl, íl a na nich závislá doba zasakovania. V piesčitých pôdach vsiakne dažďová voda v krátkej dobe, tu môže byť od použitia rigolov celkom upustené. Pri obzvlášť ťažko priepustných zemín, napr. ílovitých, nie je zvyčajne úplný priesak vody možný. V takých prípadoch musí byť časť vody odvedená. Zasakovací systém koryta s rigolom má nasledujúce výhody : Prie prechode pôdnymi vrstvami je voda filtrovaná, časť nečistôt je biologicky odbúraná. Dažďová voda prispieva k obnove spodnej vody. Odvod dažďovej vody sa spomalí, čím sa zníži možnosť veľkej vody v odvodňovacích kanáloch a tokoch. Drenážne zasakovanie Pri drenážnom zasakovaní sa drenážne rúrky kladú do zeme, aby z nich dažďová voda mohla zasakovať do okolitej pôdy. V rúrkach sa môže zdržovať len veľmi malé množstvo vody. Drenážne zasakovanie má preto tiež zmysel len v dobre priepustných pôdach. Rúrky sa kladú smerom od zásobníka s miernym spádom (asi 0,5 cm/m), aby odtekala i voda prenikajúca z pôdy. Prepad drenážneho zasakovania môže byť rovnako vyvedený do kanála alebo do priekopy či potoka, aby sa voda, ktorá nestačila vsiaknuť, bezpečne odviedla. Drenážne zasakovanie sa hodí obzvlášť pre prepad z nádrží uložených v zemi. 19

10 Zasakovacia studňa Zasakovacie studne alebo šachty sú ponúkané rovnakými výrobcami, ktorí dodávajú zemné zásobníky, sú rovnako z betónu alebo plastov. Umožňujú zadržanie vody pri výdatných dažďových zrážkach a prepúšťajú zachytenú vodu pomaly do okolitej zeminy. Na zvýšenie účinnosti zasakovania môžu byť kombinované s drenážnym zasakovaním. Obrázok 4 Zasakovanie šachtou Účinnosť zasakovania Zasakovanie dažďovej vody vyžaduje dostatočnú priepustnosť zeminy. Priepustnosť je závislá od zrnitosti a rozdelenia častíc a je vyjadrená koeficientom k f (koeficient priepustnosti). Zvyčajne majú zeminy koeficient od 10-2 do m/s. V prípade pochybností sa musí koeficient priepustnosti stanoviť priamo na mieste. Pri danej veľkosti závisí priepustnosť zasakovacej studne značne na druhu zeminy. Pri určovaní jej veľkosti je potrebné brať ohľad na to, že pri extrémnych dažďových zrážkach nemôže pojať všetku vodu a pretečie. Účinnosť zasakovania nie je závislá len na druhu zeminy, ale i na jej zhutnení. Predovšetkým pri stavebných prácach, pri prejazde ťažkých vozidiel môže byť i sama piesčitá zemina zhutnená natoľko, že sa stane nepriepustnou. Preto má zmysel vyskúšať zasakovaciu schopnosť zeminy jednoduchým zasakovacím testom ešte pred stavbou zasakovacieho systému. 20

11 Obrázok 5 Približné hodnoty k f rôznych drenážnych materiálov 4. Záver Pre zasakovanie dažďovej vody je potrebný súhlas vodohospodárskych orgánov, ak voda môže skončiť ako v povrchových vodách, tiež sa dostať do spodných vôd. Pre povrchové zasakovanie zrážok nie je súhlas potrebný. Plošné zasakovanie nepodlieha teda schvaľovaciemu riadeniu, pretože táto voda zasakuje i prirodzenou cestou. V prípade zasakovania korytami nemajú odborníci celkom jednotný názor. Na jednej strane sa jedná o technickú stavbu, na druhej strane zasakuje táto voda rovnako prirodzenou cestou. Vychádza sa teda z toho, že zasakovacie koryto, do ktorého ústi zvod dažďovej vody, nemusí byť vodoprávne schvaľované. Oproti tomu, zasakovací systém koryta s rigolom rovnako ako zasakovacia šachta schvaľovaniu podliehajú, pretože sa v oboch prípadoch odvádza voda do zemného podložia. V prípade centrálneho vsakovania sa ohľadne vyberania napájacích poplatkov nemení nič ani pre prevádzkovateľa (obec), ani pre užívateľa (vlastníka nehnuteľnosti), oproti postupu pri tradičnom odvodnení. Naproti tomu je možné pri využití decentralizovaných zariadení od napojovacích a prevádzkových poplatkov upustiť, ak k odtoku zrážkových vôd do verejnej stoky nedochádza. Prinajmenšom by napojovací poplatok mohol odpadnúť vtedy, keď verejná kanalizácia nie je na odvedenie dažďových vôd spôsobilá. Na presadenie princípu vsakovania prispeje, ak sa upraví tvorba poplatkov tak, že východiskom nebude spotreba pitnej vody, ale že bude vytvorený ďalší poplatok za vody dažďové, ktorého základom bude výmera nepriepustných spevnených plôch. Investícia pri stavbe na zelenej lúke pre centrálne i decentralizované vsakovanie, sú oveľa nižšie ako pri dodatočnom zavádzaní vsakovania. 21

12 Z toho plynie, že obec, ktorá plánuje dodatočnú transformáciu používaného systému v stavebnej oblasti na zasakovanie, by mala okrem vodohospodárskej osvety prispieť k priechodnosti zámeru rovnako finančnou podporou vlastníkom pozemkov. Poďakovanie: Tento článok vznikol s podporou grantu VEGA č. 1/3470/ Literatúra Antal, J. Igaz, D.: Aplikovaná agrohydrológia. 3. doplnené a upravené vydanie. SPU, Nitra, (ISBN ) Bárek,V.:Prínos vegetačných striech pre zlepšenie životného prostredia. - 1 tab., lit In: ENVIRO Nitra : Medzinárodný seminár : Nitra Nitra :VŠP, s Hlavínek, P., Hluštík, P., Sklenárová, T. : Integrovaný přístup při řešení využití dešťových vod v intravilánu, in Nové trendy ve zdravotním a ekologickém inženýrství po vstupu do EU, Konference s mezinárodní účastí, Bedřichov 2005, ISBN , p Hlavínek,P., Hluštík, P., Sklenárová T. : Úloha retence dešťových vod v nové koncepci městského odvodnění, Sborník přednášek konference s medzinárodní účastí MĚSTSK0 VODY 2005 Optimalizace návrhu a provozu stokových sítí a ČOV, Břeclav, říjem 2005, ISBN , str Hlavínek,P.,a kol. Hospodaŕení s dešťovými vodami v urbanizovanem území, Časopis Vodní hospodáŕství, 5/2006str , ISSN Húska D., Jurík Ľ : Technické opatrenia na zlepšenie kvality povrchových vôd metódami krajinného inžinierstva, In Hydromeliorácie Slovenska na prahu 21. stor., Bratislava, 1999 Jurík Ľ. : Trvalo udržateľné vodné hospodárstvo a čistota vody. In : Využitie vodných zdrojov v poľnohospodárskej krajine a ich kvalita odborný seminár ÚKIS Bratislava, december 2000 Matyo, J., Jamrich, M.: Čistenie odpadových vôd pomocou koreňových čistiarní. In: ENVIRO NITRA 2000 : Medzinárodná konferencia : Nitra Nitra : Slovenská poľnohospodárska univerzita, s Horníková, H.: Hydromechanika, /Vybrané kapitoly a príklady/.2. nezmenené vyd. Nitra: Slovenská poľnohospodárska univerzita, s. ISBN:

13 Konig,K.,W.: Regenwasser in der Architektur Okologische Konzepte. Okobuch Verlag, Staufen Krejčí a kol. : Odvodnění urbanizovaných území koncepční přístup, ISBN , NOEL 2000, Brno 2002Dreiseitl H. : Waterscapes-planning builgind and designingith water, ISBN , Birhkauser 2001, Switzerland. Ing.Viliam.Bárek,CSc., Ing.Peter Halaj,CSc. SPU Nitra, FZKI Katedra krajinného inžinierstva Hospodárska Nitra Viliam.Barek@uniag.sk., Peter.Halaj@unaig.sk 23